Une plateforme expérimentale d’excellence pour étudier les interactions fluides-roche

Concernant mes thématiques de recherche, elles se concentrent principalement sur l’étude de la cristallochimie des minéraux argileux. Mon but est de lier entre autres la composition de ces minéraux aux conditions de leur formation, c’est-à-dire à la pression, la température et la chimie du milieu. Par exemple, dans le nord du bassin de Paris, j'analyse la composition d’argiles d’unités géologiques diverses pour déterminer les températures maximales qu’elles ont attentes. Si dans une roche on retrouve des minéraux argileux et notamment de la chlorite, je vais avoir la capacité de les étudier à très petite échelle (du micron au nanomètre) et de déterminer par quelles températures et quelles pressions la roche est passée. Cela a des applications importantes dans la recherche de ressources, comme les métaux critiques ou l'énergie géothermique.  

CY Initiative : Vous avez été lauréat de l’appel à projets 2023 de CY Initiative. En quoi consiste ce projet ? Et quel est son objectif ? 
Franck Bourdelle : Le projet NEPII (New Experimental Platform for Investigating fluid-rock Interaction) consiste à étudier par une approche expérimentale la transformation et la dissolution des minéraux argileux quand ils sont soumis à des contraintes de pression et de température externes. Grâce au programme Emergence, j’ai pu développer un protocole d’étude et d’expérimentation en géochimie des roches inédit à CY Cergy Paris Université sous cette forme. Nous avons ainsi jeté les bases de cette plateforme expérimentale au GEC en 2024 avec tout le matériel nécessaire pour produire nos premiers résultats, et nous poursuivrons cette mise en place au cours de 2025 dans le cadre de l’Institut des Sciences de la Terre de Paris (UMR7193) que le GEC a rejoint au 1er janvier.

L’objectif est de mieux comprendre comment ces minéraux réagissent à des conditions de pression et de température imposées, mais également à l’inverse, d’estimer les températures et les pressions auxquelles ces roches ont été soumises au cours de leur histoire. Ce travail est crucial à plus d’un titre : d’abord, il nous permet d’obtenir des informations précieuses pour la compréhension du système Terre et de son histoire (notamment de la partie superficielle de la croûte terrestre), ensuite, il a des implications pour l’exploration des ressources à une époque où les transitions énergétiques et écologiques deviennent des objectifs majeurs, et enfin, il est essentiel pour comprendre l’évolution des systèmes anthropisés, comme les terrils issus des mines de charbon dans le Nord Pas-de-Calais, ou le stockage de déchets radioactifs dans le sous-sol (500 m de profondeur, Est du Bassin de Paris), qui émettront de la chaleur (90°C) et peuvent affecter les propriétés des argiles. 

CY Initiative : Concrètement, comment va se déployer ce projet ? 
Franck Bourdelle : Le déploiement se fait en plusieurs étapes. Après la réception du financement du programme Emergence, j’ai dû d’abord trouver un local et nous avons dû faire un peu de place dans le laboratoire. Nous avons ensuite effectué un travail indispensable de mises aux normes sécuritaires du local puisque nous menons des expériences sous pression qui peuvent dégager des gaz. Ensuite seulement a pu commencer la partie la plus intéressante du projet, avec la mise en place de la plateforme en tant que telle. J’ai tout d’abord rapatrié une partie du matériel de la plateforme j’avais pu développer à Lille dans le cadre de mes précédentes recherches, grâce à une convention signée entre l’Université de Lille et CY Cergy Paris Université. Puis j’en ai fait la jouvence et l’ai complété. Nous nous sommes par exemple équipés de nouveaux réacteurs qui nous permettent de récréer toutes les conditions de température jusque 350°C. A cela s’ajoutent des outils de mesures afin de pouvoir suivre les paramètres tout au long de l’expérimentation. Nous avons ainsi des réacteurs avec des vannes permettant d’extraire de manière régulière le fluide ou du gaz, et/ou équipés de sondes pH spécifiques. Il fallait trouver des sondes qui résistent à une très forte température, ce qui s’est révélé délicat. Nous prévoyons de compléter ce parc expérimental avec une variété d’équipements pour réaliser des tests sur différents types de minéraux argileux et leurs interactions avec des fluides, en observant comment ces interactions évoluent dans le temps. Cela nous permettra d'obtenir des données précises sur leur comportement. 

Nous avons ainsi pu créer une plateforme expérimentale d’excellence à l’échelle de l’Île-de-France avec ces caractéristiques propres, et tout à fait complémentaire de la plateforme expérimentale de géomécanique du GEC (devenu ISTeP) et des autres plateformes de géochimie expérimentale de la région.  

CY Initiative : Pourquoi avoir candidaté à cet appel à projets ? 
Franck Bourdelle : Pour que ce projet atteigne son plein potentiel, nous avions besoin d'un soutien financier et logistique rapide et parfaitement dimensionné. Cet appel à projets apporte des moyens financiers ni trop faibles ni exagérés, permet d’obtenir une réponse en 6 mois, et favorise la collaboration interdisciplinaire, essentielle pour enrichir notre démarche. Le financement de CY Initiative a été crucial à ce titre pour réaliser le projet NEPII à une échelle que je n’aurais pas pu envisager autrement. Cela a permis de créer un véritable écosystème de recherche profitable à tous.
 

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